単一分子レベルでの光物性研究と新規機能性薄膜の創製

• Project/Area Number: 02J06018
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: 表面界面物性
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 保田 諭 筑波大学, 大学院・数理物質科学研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2002 – 2004
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2004)
• Budget Amount: ¥3,600,000 (Direct Cost: ¥3,600,000); Fiscal Year 2004: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2003: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2002: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 走査型トンネル顕微鏡(STM) / 点接触測定法 / 自己組織化膜(SAM) / 接触抵抗 / オリゴチオフェン / 分子デバイス / ナノスケール / アルカンチオール / アゾベンゼン / シス-トランス変化 / ドデカンチオール / 光スイッチ / 自己組織化単分子膜(SAM) / フリップフロップ / 二成分混合膜

Research Abstract

分子スケールで動作する分子デバイスを実現するために、ナノスケールでの分子の導電性について詳細な知見を得ることは必要不可欠である。今年度は、超高真空の走査型トンネル顕微鏡(STM)を用いて、単一分子レベルでの導電測定を試みた。以下に得られた結果を述べる。
初めに、測定対象分子にSTM探針を点接触させ、分子両端との化学結合による接触抵抗のない理想的な導電測定を可能にするため、"点接触測定法"を新しく提案し、そのシステムの構築を行った。
その後、ナノスケールで分子の導電性を測定するために、測定試料として、電流をほとんど流さないアルカンチオール自己組織化膜(SAM)中に導電性分子として有名なオリゴチオフェン分子を孤立分散させたるための作成条件の最適化を行い、一分子測定が適応可能な作成条件を見出した。
上記の試料を用いて、超高真空STMによりアルカンチオールSAM中に孤立分散させたオリゴチオフェン分子を同定したのち、孤立分子にSTM探針を点接触させ、上記で新しく提案・構築した"点接触測定法"を適応し分子の導電測定を試みた結果、アルカンチオール単分子膜上に比べ、非常に大きな電流が流れることが確認された。この結果は、"点接触測定法"を用いることにより、STM探針-分子間の接触抵抗をほとんど含まない状態で測定した結果であり、電極-分子間の接触抵抗を回避した理想的な導電性測定手法として非常に有効であることを示唆する結果が得られた。

Research Products

• [Journal Article] Quantitative force measurements in liquid using frequency modulation atomic force microscopy (2004)
  • Author(s): T.Uchihashi, M.J.Higgins, S.Yasuda, S.P.Jarvis, S.Akita, Y.Nakayama, J.E.Sader
  • Journal Title: APPLIED PHYSICS LETTERS 85(16) Pages: 3575-3577
• [Publications] S.Yasuda, T.Nakamura, M.Matsumoto, H.Shigekawa: "Phase Switching of a Single Isomeric Molecule and Associated Characteristic Rectification"Journal of American Chemical Society. 125. 16430-16433 (2003)
• [Publications] S.Yasuda, H.Shigekawa: "Structures of Self-Assembled Monolayer of Squaraine Molecules Adsorbed on Highly Oriented Pyrolytic Graphite and Au(111) Substrates"Japanese Journal of Applied Physics. 42. 4901-4904 (2003)
• [Publications] T.Nakamura, S.Yasuda, T.Miyamae, H.Nozoye, N.Kobayashi, H.Kondoh, I.Nakai, T.Ohta, D.Yoshimura, M.Matsumoto: "Effective Insulating Properties of Autooxidized Monolayers Using Organic Ditellurides"Journal of American Chemical Society. 124. 12642-12643 (2002)
• [Publications] K.Miyake, S.Yasuda, A.Harada, J.Sumaoka, M.Komiyama, H.Shigekawa: "Formation Process of Cyclodextrin Necklace -Analysis of hydrogen bonding on a molecular level-"Journal of American Chemical Society. (Accepted). (2003)